某中学教学楼建筑结构设计--毕业设计.doc

某中学教学楼建筑结构设计--毕业设计

设计说明书 第1页

摘 要
本毕业设计题目是XX市XX中学教学楼建筑结构设计,该教学的总建筑面积约4293平方米,共五层,至女儿墙压顶高度18.60米。本工程采用钢筋混凝土全现浇框架结构体系，基础采用地下独立基础。
本设计内容包括手算和电算两部分。其中手算部分计算书的主要内容为构件尺寸的初步确定、框架的计算简图、荷载横向侧移计算、框架在水平及竖向荷载作用的内力分析和计算、内力组合、截面设计及基础设计。其中计算水平地震力作用时采用底部剪力法，计算竖向荷载作用时采用弯矩二次分配法，截面设计采用第一极限状态设计方法。图纸共十七张，建筑七张，结构八张，施工两张。结构部分图有：结构总说明，桩基础布置图，板配筋图，梁配筋图，柱配筋图，楼梯配筋图，某榀典型中框架主体配筋图。
电算时，先用PKPM软件进行结构平面布置，检查平面数据，输入荷载数据，形成PK文件，画结构平面图；然后使用PK进行框架计算，输出框架、柱配筋图及内力计算结果。
在设计过程中采用了手算和电算两种方式，对计算结果就可以进行校核，及时发现设计中的错误以及与电算不同的部分，找出原因。

设计说明书 第85页

ABSTRACT
The theme of this graduation is structure design of an shool office building. The total building area is about 4293m2 and the total height 18.60m. It consists of 4 stories .the building is a frame building made by reinforced concrete. Foundation use concrete column footing and the hole by machine.
The content of this design include two parts of handwork counting and automated counting by compute. The handworker counting consists of several aspects, included preliminary selection of member size, counting model of frame, loads counting, lateral displacement counting of transverse frame, internal force analysis of horizontal loads and vertical loads, internal force combinations, design of section, check design of the foundation. Horizontal earthquake counting use the underlying shears way. Counting of vertical loads bending moment use double divided bending way. Design of section use ultimate condition way. Because this frame belongs to third class frame, I have not count intersection of point and have not obeyed the order of “Strong column and weak beam”. Drawings consist of 6 parts, layout map of standard layer foundations. There are three steps in the course of automated. First, make a model of the building by PMCAD; Second count the typical by PK; Last, count the whole space frame and put out the drawing that you wanted by TAT-8.
I use two of ways included handworker and automated counting in the course of counting. So I can check the result data and find the mistake or difference between handworker data and automated data in design in time, then find out cause.

办 公 楼 结 构 设 计 说 明
工程名称: XX市XX中学教学楼
建筑地点: 某地 位置见总平面图
建筑规模: 建筑总面积: 4293㎡
建筑总层数: 整体5层
结构形式: 钢筋混凝土框架结构
设计资料:
<一>地质水文条件
地震烈度: 7度 土方开挖按三类考虑 抗震等级为三级
地质: 1)±0.00 ~ -2.00新近堆积黄土
r=16 KN/m3 =100KN/m2 E=300N/ mm2
2)-3.00 ~ -5.00砂、砾石层
r=18 KN/m3 =160 KN/m2 E=500N/ mm2
3)-5.00以下卵石层
=230KN/m2 E=600～1000N/ mm2
地下水位-5ｍ
<二>基本风压: 0.40KN/m2 B类粗糙度 50年一遇
<三>基本雪压: 0.50 KN/m2 50年一遇
<四>设计使用年限：50年，本建筑为一般民用建筑，安全等级为二级。在抗震设计时，属于丙类建筑。
<五>基础顶面设计标高的确定：因建筑标高+0.000。建筑设计室外地坪为-0.45m，而根据地质勘察报告的建议，地基持力层可设在一般亚粘土上，该层顶距室外设计地面可算得为1.25m，根据基础顶面与室外地坪的关系和持力层的位置，若选择独立基础（上有基础梁），基础顶面标高可选为-0.95处。
<六>活荷载标准值及相应系数
按房屋使用要求，可查得教学楼一栏楼面活荷载标准值，
不上人屋面活荷载标准值,走廊活荷载标准值 。
材料选择
<一>混凝土
除基础垫层混凝土选C10，基础混凝土选择C20外，各层混凝土强度等级均选C30。
<二>钢筋
框架梁柱等重要构件纵向受力钢筋选择HRB335级，构造钢筋，板内钢筋及箍筋选择HPB235级钢筋。
结构选型
采用钢筋砼现浇框架结构，结构平面布置方案采用双向板肋梁楼盖，局部单向板。

构件截面尺寸选择
<一>楼板厚度
根据平面布置，双向板短向跨度L=5.4m，选h=L/45=5400/45=120mm，故选厚度h=120mm。
<二>框架梁
横向框架梁，选h=L/12=5400/12=450mm，取h=450mm，选b=200mm，则h/b=2.25
h=L/12=2100/12=175mm，取h=400mm，选b=200mm，则h/b=2.0
纵向框架梁，选h=L/10=6600/12=550mm，取h=600mm，选b=200mm，则h/b=2.75
<三>柱截面尺寸
1柱截面尺寸的初步选择
根据经验，选用
框架结构计算
⒈确定框架计算简图
假定框架柱嵌固于基础顶面，框架梁与柱刚接，由于各层柱的尺寸不变，故梁跨等于柱截面形心轴线之间的距离。底层柱高从基础顶面至一楼梁顶标高。基顶标高根据地质条件定为-1.600 m，故底层柱高：4.850 m。其余各层的柱高从梁顶标高至上一层梁顶标高故均为3.9 m。
计算框架柱，梁线刚度
i边梁=1.5EI/L=
i中梁=2EI/L=
i底柱=EI/L=
i上柱=EI/L=
令i边梁=1 则其余各杆的相对刚度
i中梁=9.28/4.38=2.12
i底柱=4.4/4.38=1
i上柱=5.47/4.38=1.25

框架结构计算简图

荷载计算
一榀框架板传力方式图：

屋面荷载
20厚1：2水泥砂浆找平 0.02×20=0.40 KN/m2
40～170厚2﹪找坡膨胀珍珠岩 [（0.04+0.17）/2] ×14.1=1.48 KN/m2
120厚现浇钢筋砼楼板 0.12×25=3.0 KN/m2
20厚石灰抹灰 0.34 KN/m2
屋面恒载 5.22 KN/m2
楼面荷载
恒荷载标准值
恒荷载计算
单层复合木地板楼面 0.006×0.4+0.015×20=0.3
120厚混凝土板 0.12×25=3.00
粉刷 0.02×17=0.34
小计 3.64 KN/m2
大理石楼面 1.46
120厚混凝土板 3.00
粉刷 0.34
小计 4.80 KN/m2
⑴框架梁线荷载标准值
设计值 1.2×5.22=6.26 KN/m2
边跨框架梁自重 0.2×0.45×25=2.25KN/m
梁侧粉刷 2×（0.45-0.12）×0.02×17=0.22 KN/m
中跨框架梁自重 0.2×0.4×25=2.0 KN/m
梁侧粉刷 2×（0.4-0.12）×0.02×17=0.19 KN/m
屋面传来给边跨框架梁荷载（三角形分布计算峰值） 5.22×5.4=28.19 KN/m
屋面传来给中跨框架梁荷载 （单向板） 0 KN/m
则边跨框架梁线荷载标准值 2.25+0.22=2.47 KN/m
中跨框架梁线荷载标准值 2.0+0.19=2.19 KN/m
⑵屋面框架节点集中荷载标准值
①边柱连续梁自重 0.2×0.6×6.6×25=19.8 KN
粉刷 （0.6-0.12）×0.02×17×6.6×2=2.15 KN
0.9 m女儿墙自重 0.2×18×6.6×0.9=21.38 KN
粉刷 0.02×6.6×0.9×17×2=4.04 KN
屋面传来荷载 （6.6+6.6-5.4）×5.4×0.5×0.5×5.22=54.97 KN
顶层边节点集中荷载 102.34 KN
②中柱连系梁自重 19.8 KN
粉刷 2.15 KN
连系梁传来屋面 54.97 KN
0.5×2.1×6.6×5.22=36.17 KN
顶层中节点集中荷载 113.09 KN
⑶ 标准层楼面集中荷载
① 标准层边柱集中荷载
边柱连系梁自重 19.8 KN
粉刷 2.15 KN
钢窗自重 2×1.8×2.4×0.4=3.46 KN
窗下墙自重 0.9×0.2×（6.6-0.4）×18=20.09 KN
粉刷 2×0.02×0.9×（6.6-0.4）×17=3.79 KN
窗边墙体自重 （6.6-2×1.8-0.4）×2.4×0.2×18=22.46 KN
粉刷 2×0.02×2.4×（6.6-2×1.8-0.4）×17=4.24 KN
框架柱自重 0.4×0.4×3.9×25=15.6 KN
粉刷（1）中间有墙 （0.4×4-3×0.2）×0.02×3.9×17=1.33 KN
（2）中间无墙 （0.4×4-2×0.2）×0.02×3.9×17=1.59 KN
传来楼面自重 （6.6+6.6-5.4）×5.4×0.5×0.5×3.64=38.33 KN
标准层边柱柱中荷载标准值 （1）中间有墙 131.25 KN
（2）中间无墙 131.51 KN
② 标准层中柱集中荷载
中间连系梁自重 19.8 KN
粉刷 2.15 KN
内纵墙自重 0.2×（6.6-0.4）×（3.9-0.6）×18=73.66 KN
粉刷 0.02×（6.6-0.4）×（3.9-0.6）×17×2=13.91 KN
扣除门窗墙重加上门窗重 -2×2.4×0.9×（0.2×18+2×0.02×17-0.2）=-17.63 KN
框架柱自重 15.6 KN
粉刷 （1）中间有墙 1.33 KN
（2）中间无墙 2.12 KN
传来楼面自重 38.33 KN
0.5×2.1×6.6×4.8=33.26 KN
标准层中柱集中荷载标准值 （1）中间有墙 180.41 KN
（2）中间无墙 111.26 KN
⒋标准层楼面均布荷载
①边跨 主梁自重及粉刷 2.47 KN/m
楼板传来重量（三角形分布计算峰值） 3.64×5.4=19.66 KN/m
边跨填充墙自重 0.2×（3.9-0.45）×18=12.42 KN/m
墙面粉刷 0.02×（3.9-0.45）×17×2=1.17 KN/m
均布恒载标准值 （1）中间有墙 16.06 KN/m
（2）中间无墙 2.47 KN/m
②中跨 主梁自重及粉刷 2.19 KN/m
楼板传来重量 0 KN/m
均布恒载标准值 2.19 KN/m
⒌ 底层集中荷载 基础梁 bh=200500
① 边柱集中荷载
基础梁自重 0.2×0.5×6.6×25=16.5 KN
窗重 3.46 KN
窗下重 （0.9+0.45）×0.2×（6.6-0.4）×18=30.13KN
粉刷 2×0.02 ×1.35×6.2×17=5.69 KN
窗边墙自重 22.46 KN
粉刷 4.24 KN
框架柱自重 0.4×0.4×4.85×25=19.4 KN
粉刷 1.33 KN
边柱集中荷载标准值 103.21 KN
② 中柱集中荷载
基础梁自重 16.5 KN
内纵墙自重 0.2×（6.6-0.4）×（4.85-0.6-0.5）×18=83.7 KN
粉刷 13.91 KN
扣除门窗墙重加上门窗重 -17.63 KN
框架柱自重 19.4 KN
粉刷 1.33 KN
中柱集中荷载标准值 117.21 KN
6. 首层填充墙自重 0.2（3.9-0.45）（5.4-0.2）18=64.58 KN
墙面粉刷 0.02（3.9-0.45）（5.4-0.2）172=12.2 KN
⒉ 活荷载计算
一， 屋面活载设计值
边跨三角形荷载 0.5×0.5×5.4×2=2.7 KN/m
中跨无荷载 0 KN/m
边节点集中荷载 0.5×（6.6+6.6-5.4）×5.4×0.5×0.5=5.27 KN
中节点集中荷载 0.5×2.1×6.6×0.5=3.47KN
0.5×（6.6+6.6-5.4）×5.4×0.5×0.5=5.27 KN
8.74KN
二，标准层活载设计值
边跨三角形荷载 2×0.5×5.4×2=10.8KN/m
中跨无荷载 0 KN/m
边节点集中荷载 0.5×（6.6+6.6-5.4）×5.4×0.5×2=21.06 KN
中节点集中荷载 0.5×2.1×6.6×2.5=17.33 KN
0.5×（6.6+6.6-5.4）×5.4×0.5×2=21.06 KN
38.39 KN

⒊ 作用于屋面梁和楼面梁节点处集中风载设计值
风压标准值计算公式为：，其中为风振系数，由于本建筑高度H=16.55m<30.00m，可以取；对于矩形平面，风荷载体系数；风压高度系数可查规范；由设计资料可知。将风荷载换算成作用于框架每层节点上的集中荷载，A为一榀框架各层节点的受风面积。
一层： 二层：
三层： 四层：

内力计算
为简化计算 考虑如下几种单独受荷作用情况
⑴恒载作用
⑵活载作用
⑶风载作用
⑶水平地震作用
对于（1）（2）两种情况采用分层法计算（3）采用D值法（4）采用底部剪力法。
根据对称性，可取框架一半计算，中跨杆件的相对刚度为原来的两倍。

除底层柱外，上部各层柱均乘以0.9。
边柱 1.25×0.9=1.125 中柱 1.25×0.9=1.125
1恒载设计值作用下的内力计算
分层计算过程如下图，计算各弯矩值较小值时，可结束分层计算。
杆端弯矩：
均布荷载作用下：

顶层计算

三层计算

一二层计算

2活载设计值作用下的内力计算
由于活荷载产生的内力值比恒载小很多，所以采用活荷载满布法，梁跨中弯矩乘于1.1的系数。
分层计算过程如下图，计算各弯矩值较小值时，可结束分层计算。
杆端弯矩：
均布荷载作用下：

顶层计算

一二三层计算

跨中弯矩计算
简支情况跨中弯矩叠加上梁端两支座弯矩之和的一半，得到最终的跨中弯矩：

框架剪力及轴力的计算
（1） 梁端剪力的计算公式
梁左：=1/2qL-
梁右：=1/2qL+
求柱边梁端剪力：
梁左：=-1/2qb
梁右：=-1/2qb
（2） 柱轴力计算公式
根据节点受力平衡，注应该叠加上节点集中力，计算得到轴力。

⑷风荷载作用下的内力计算
框架在风荷载作用下（左风）的内力用D值法计算
① 求各柱反弯点的剪力
② 求各柱反弯点高度
③ 求各柱杆端弯矩及梁端弯矩

柱反弯点处的剪力计算表
层
数
层剪力
（KN）

边柱D值

中柱D值

每根边柱
剪力（KN）
每根中柱
剪力（KN）

4

12.76

1.66

3

28.72

1.66

2

43.78

1.66

1

59.71

1.232

反弯高度计算表
层数
边 柱
中 柱

4

3

2

1

风荷载作用下的弯矩图

⑸地震效应作用下的内力计算
一．地震作用下的荷载计算
本设计考虑水平地震作用即可，并可采用基底剪力法计算水平地震作用力。由于该结构的刚度比较均匀，可取一个计算单元进行计算。
① 框架的抗震等级
由设计的要求，抗震设防烈度为7度，房屋高度未超过30米，丙类建筑，抗震等级为3级。
② 场地和特征周期值
Ⅰ类场地
③ 分层计算重力荷载代表值
取中间单元6.6m宽度范围的重力荷载代表值
四层：
女儿墙自重
屋面自重
屋面恒载 5.22KN/m
屋面面积

梁重
纵梁
横梁
119.08KN
墙重（扣门窗洞口加门窗自重）
外墙 （3.46+20.09+3.79+22.46+4.24）×2=108.08 KN
内墙 0 KN
108.08 KN
柱重 2×（15.6×2+1.59+2.12）=69.82 KN
0.5倍雪载 0.5×0.35×86.46=15.13KN
四层重力荷载代表值： 814.27 KN

二三层：
楼面自重
楼面恒载 （木地板楼面） 3.64 KN/m
（大理石楼面） 4.80 KN/m
楼面面积 （木地板楼面） 6.6×10.8=71.28 m
（大理石楼面） 6.6×2.1=13.86 m
3.64×71.28+4.8×13.86=325.99 KN
梁重
纵梁
横梁
119.08KN
墙重（扣门窗洞口加门窗自重）
外墙 108.08 KN
内墙 (73.66+13.91-17.63)×2+(12.42+1.17) ×2×(5.4-0.2)=281.21 KN
389.29 KN
柱重 4×（15.6+1.33）=67.72 KN
0.5倍楼面活荷载 0.5×（2.0×71.28+2.5×13.86）=88.61KN
二三层重力荷载代表值： 990.69 KN
首层：
楼面自重 325.99 KN
梁重 119.08 KN
墙重（扣门窗洞口加门窗自重）
外墙 (3.46+30.13+5.69+22.46+4.24)×2=131.96 KN
内墙 (83.7+13.91-17.63)×2+(64.58+12.20) ×2=313.52 KN
445.48 KN
柱重 4×（19.4+1.33）=82.92 KN
0.5倍楼面活荷载 88.61 KN
首层重力荷载代表值： 1062.08 KN
各层重力荷载代表值为：

④ 结构的自振周期
采用能量法计算公式
可列表如下：
则可算得
⑤求地震影响系数

⑥计算水平地震作用标准值
利用底部剪力法公式：

可列表计算如下：

二．水平地震作用下产生的框架内力
①各柱剪力值
计算方法和相应参数与风荷载作用下的计算相同，可列表如下：

②各柱反弯点的高度y
由风荷载计算中可知，各柱反弯点高度比仅由决定，列表计算如下：

内力组合
对于框架梁，控制截面和跨中截面，对于框架柱，控制截面是柱的两端，由于N和M的相关性，直接找出内力最不利情况比较困难，对矩形截面的对称配筋柱，可以判断大小偏心受压类型，根据承受的荷载和抗震要求，荷载组合分为非抗震组合和考虑地震作用组合
a) 非抗震组合
则框架在恒载① 活载② 风载③ 的情况下
组合 ⑵ 1.2①+1.4②+1.4×0.6③
⑶ 1.2①+1.4×0.7②+1.4③
⑷ 1.35①+1.4×0.7②

b) 抗震组合
则框架在水平地震荷载效应④ 重力荷载效应①+0.5② 的情况下
组合 ⑤=1.3④
⑥=1.2×（①+0.5②）
⑸ （⑤+⑥）

框架梁内力组合表

框架柱内力组合表

楼梯计算
1楼梯板计算
板倾斜度: tanα=150/270=0.556 cosα=0.874
设板厚: h=l/30=3300/30=110㎜ 取1ｍ宽板带计算
（1）荷载计算
荷载分项系数: rG=1.2 rQ=1.4
恒荷载标准值
荷载种类 荷载标准值（KN/m）
大理石面层 （0.27+0.15)×1.46/0.27=2.27
三角形踏步 0.5×0.27×0.15×25/0.27=1.88
混凝土斜板 0.11×25/0.874=3.15
板底抹灰 0.02×17/0.874=0.39
小计 7.69
活荷载标准值 2.5
基本组合的总荷载设计值 P=1.2×7.69+1.4×2.5=12.73KN/m
（2）截面设计
板水平计算跨度ln=3.6+0.26=3.86m
弯矩设计值M=1/10P㏑2=0.1×12.73×3.862=18.97 KN·m
板有效高度ho=110-20=90㎜

选配14@120 As=1283 mm2
分布筋φ8@200